DE2842817B1 - Ermittlung des Ladezustandes einer Batterie - Google Patents
Ermittlung des Ladezustandes einer BatterieInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Überwachen und Anzeigen des Ladezustandes einer
Batterie, bei der die EMK der Batterie und damit die Kapazität durch Addition der Klemmenspannung und
des Spannungsabfalls an einem vom Laststrom durch- >o
flossenen Shunt ermittelt und zur Anzeige gebracht wird.
Es sind verschiedene elektrische Meßeinrichtungen zur Erfassung des Lade- und Entladezustandes einer
Batterie bekannt. Die bekannten Meßmethoden gehen y,
meist davon aus, daß die EMK der Batterie ein Maß für
die Kapazität ist. Durch das Buch von Erich Witte »Blei- und Stahlakkumulatoren« Krauskopf-Verlag,
3. Auflage, 1967, Seite 61/62 ist ein Entladeanzeiger bekannt, bei dem eine Klemmenspannungsmessung der wi
Batterie durch eine zusätzliche Strommessung in einem Gerät so korrigiert wird, daß der angezeigte Wert etwa
die innere EMK wiedergibt. Für die Strommessung wird dabei ein einstellbarer Nebenwiderstand (Shunt) verwendet.
Eine andere aus der DE-AS 23 21 108 bekannte Meßeinrichtung kompensiert die Klemmenspannung im
Minblick auf den Laststrom dadurch, daß einem festen Shunt ohne definierte Meßleitung ein Differenzverstärker
mit einstellbarem Verstärkungsfaktor nachgeschaltet ist. Um eine Batterie vor Schädigung zu schützen,
sollte bei einer Mindestspannung, der sogenannten Entladeschlußspannung, die Entladung beendet werden.
Die Entladeschlußspannung liegt bei ca. 80%iger Entladung einer Batterie. Diese Entladeschlußspannung
wird bei der bekannten Einrichtung erfaßt und entsprechend gemeldet.
Es ist ferner bekannt, die Kapazität einer Batterie mittels eines vor- und rückwärtslaufenden Ampere-Stundenzählers
zu überwachen (Buch von Erich Witte »Blei- und Stahlakkuniulatoren« Krauskopf-Verlag,
3. Auflage, 1967, Seite 64/65).
Da in der Praxis der Belastungsstrom der Batterie nicht mit dem zur Entladedauer der Kapazitätsangabe
gehörigen Entladestrom übereinstimmt, ist mit den bekannten Einrichtungen nur eine grobe Kapazitätsermittlung
möglich. Bei Batterien, die Temperaturschwankungen unterworfen sind, vergrößert sich die Ungenauigkeit.
Aufgabe der Erfindung ist es, die in einer Akkumulatorenbatterie gespeicherte Kapazität möglichst genau
zu bestimmen und eine Kapazitätsermittlung bezogen auf den momentanen Entladestrom unter einfacher
Berücksichtigung entsprechender Parameter zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
darin, daß die Werte der Klemmenspannung und des Spannungsabfalls am Shunt mittels Analog/Digital-Wandler
umgeformt und addiert werden und der Summenwert mit einem von der Säuretemperatur der
Batterie und mit einem von der Höhe des Laststromes abhängigen digitalen Wert multipliziert und der
Produktwert einem Anzeigegerät zugeführt wird.
Auf diese Weise wird eine wesentlich größere Genauigkeit bei der Ermittlung des Ladezustandes einer
Batterie erreicht und die Einbeziehung mehrerer Parameter bei einfacher störsicherer Gerätetechnik
ermöglicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Dadurch, daß gemäß
Anspruch 2 der Analog/Digital-Wandler zum Umwandeln des Klemmenspannungswertes über einen Multiplexer
an die einzelnen Zellen der Batterie angeschlossen ist, kann bei vielzelligen Batterieanlagen auch eine
Überwachung der einzelnen Zellen vorgenommen werden. Dadurch wird es ermöglicht, Maßnahmen zu
ergreifen, durch die vermieden wird, daß eine defekte Zelle die Gesamtfunktion der Batterie gefährdet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung, die den prinzipiellen
Aufbau der Einrichtung zum Überwachen und Anzeigen des Ladezustandes einer Batterie verdeutlicht und
F i g. 2 ein Wirkschaltbild einer Batterieüberwachung mit einem Mikroprozessor.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Batterie bezeichnet, bei der in
einem Raum 2 mehrere Zellen 3 in Reihenschaltung angeordnet sind. An die Klemmen 4 und 5 ist in Reihe
mit einem Shunt 6 eine Last 7 angeschlossen.
Zur Ermittlung der Grundkapazität werden die Klemmenspannung U der Batterie und über einen
Strommeßshunt mit dem Widerstand Rs der jeweilige Laststrom / erfaßt. Da bis zu etwa 80%iger Entladung
der Innenwiderstand Ri einer Akkumulatorenbatterie nahezu konstant ist, läßt sich die Grundkapazität nach
der Formel
darstellen, wobei
E = U + J ■ Ri
E=U + J-Rs-C
Ri
Die Werte der Klemmenspannung U und des Spannungsabfalls / · Rs am Shunt 6 werden mittels
Analog/Digital-Wandler 8,9 in Digitalwerte umgeformt
und in einem Addierer 11 addiert. Zuvor wird der Digitalwert für den Spannungsabfall im Multiplizierer
10 mit einem konstanten Wert C, den der Baustein 25 zur Verfügung stellt, multipliziert, der dem Verhältnis
Innenwiderstand zu Shuntwiderstand entspricht. Der Summenwert wird mit einer von der Säuretemperatur
abhängigen digitalen Größe multipliziert, die mittels eines Temperaturfühlers 12 erfaßt und über einen
Analog/Digital-Wandler 13 dem ersten Eingang eines
Multiplizierers 14 zugeführt, dessen zweiter Eingang vom Addierer 11 gespeist wird. Der so gewonnene Wert
wird mit einer von der Höhe des Laststromes / abhängigen digitalen Größe multipliziert, die dem
ersten Eingang eines weiteren Multiplizierers 15 zugeleitet wird, dessen zweiter Eingang vom Ausgangswert
des Multiplizierers 14 gespeist ist. Am Ausgang des Multiplizierers 15 steht eine für den momentanen
Betrieb relevante Signalgröße für die Batteriekapazität an, die über einen mit einem Kontakt 18 versehenen
Umschalter 16 einem Anzeigegerät 17 zugeführt werden kann. Falls unter bestimmten Betriebsbedingungen
nur eine temperaturbezogene Anzeige der Kapazität erwünscht ist, kann in einfacher Weise mit dem
Umschalter 16 durch Schließen des Kontaktes 19 eine Verbindung des Anzeigegerätes 17 mit dem Ausgang
des Multiplizierers 14 hergestellt werden. Wahlweise kann der Umschalter 16 auch mit dem Kontakt 20
verbunden werden, der an den Ausgang des Addierers
11 angeschlossen ist. An diesen Ausgang ist über einen
Grenzwertmelder 21 auch ein Anzeigegerät 22 angeschlossen, das im vorliegenden Fall durch eine Lampe
gebildet ist, die aufleuchtet, wenn die Entladeschlußspannung der Batterie erreicht ist.
Der vom Laststrom abhängige digitale Wert wird nach einer vom Batterietyp abhängigen Funktion
korrigiert. Hierzu ist dem ersten Eingang des Multiplizierers 15 ein Funktionsgenerator 23 vorgeschaltet, der
die Abhängigkeit der Batteriekapazität vom Laststrom berücksichtigt. Ferner ist dem Analog/Digital-Wandler
IJ ein Funktionsgenerator 24 nachgeschaltet, der die
Abhängigkeit der Kapazität von der Säuretemperatur berücksichtigt.
Zum Überwachen und Anzeigen des Ladezustandes der aus mehreren Zellen 3 gebildeten Batterie ist es
vorteilhaft, den Analog/Digital-Wandler 8 zum Umwandeln der Klemmenspannung der Batterie über einen
ϊ Multiplexer 26 an die einzelnen Zellen 3 der Batterie
anzuschließen. Der Multiplexer 26 schaltet die Spannungen der einzelnen Zellen 3 nacheinander auf den
Analog/Digital-Wandler 8, so daß auch am Anzeigegerät 17 die Kapazität der einzelnen Zellen nacheinander
H) angezeigt wird. Zur Steuerung des Multiplexers 26 und einer Anzeigevorrichtung 27 für die Zellennummern
dient eine Steuereinrichtung 28.
Bei großen Batterieanlagen ist es zweckmäßig, auch dem Analog/Digital-Wandler 13 zum Umwandeln der
ι 5 Säuretemperatur in Digitalwerte einen Multiplexer 29
vorzuschalten, dessen Eingänge mit je einem Temperaturfühler 12 verbunden sind. Auch dieser Multiplexer 29
wird von der Steuereinrichtung 28 beeinflußt.
Die in F i g. 2 dargestellte Einrichtung zur Überwachung und Anzeige des Ladezustandes arbeitet mit einem Mikroprozessorsystem. Das Kernstück dieses Systems bildet ein Mikroprozessor 34, z. B. ein 8-Bit-Mikroprozessor. Zur Speicherung von variablen Daten wird ein Schreib-Lesespeicher 31 verwendet. Der Programmablauf und die benötigten Funktionen werden in löschbaren Festwertspeichern 32 gespeichert.
Die in F i g. 2 dargestellte Einrichtung zur Überwachung und Anzeige des Ladezustandes arbeitet mit einem Mikroprozessorsystem. Das Kernstück dieses Systems bildet ein Mikroprozessor 34, z. B. ein 8-Bit-Mikroprozessor. Zur Speicherung von variablen Daten wird ein Schreib-Lesespeicher 31 verwendet. Der Programmablauf und die benötigten Funktionen werden in löschbaren Festwertspeichern 32 gespeichert.
Zur Erfassung der Batteriezellenspannung wird eine Baueinheit 33 verwendet, die einen Analog/Digital-Wandler
mit Multiplexer beinhaltet. Diese Baueinheit 33
jo wird vom Mikroprozessor 34 so angesteuert, daß die
Batteriezellenspannungen sequentiell erfaßt werden.
Zur Erhöhung der Genauigkeit wird die Klemmenspannung der Batterie direkt über einen Meßumformer
30 gemessen.
Ein weiterer Analog/Digital-Wandler 9 erfaßt den Spannungsabfall am Shunt 6.
Durch eine weitere Baueinheit 35, die einen Analog/Digital-Wandler mit Multiplexer enthält, wird
über geeignete Temperaturfühler 12 die Säuretemperatür erfaßt. Die Anzahl der Temperaturfühler ist
abhängig von der Batteriegröße, der physikalischen Anordnung der Batteriezellen und der geforderten
Genauigkeit.
Eine Stromversorgungseinheit Ϊ6 liefert die zur
Versorgung des gesamten Überwachungssystems notwendigen elektrischen Spannungen. Die Anzeige der
Batteriekapazität und der Zellennummer erfolgt auf einer numerischen Digitalanzeigevorrichtung 37. Das
Erreichen der Entladeschlußspannung wird mittels eines Anzeigegerätes 22 (Leuchtmelders) angezeigt. Über
einen Digital/Analog-Wandler kann die Batteriekapazität auch auf einem Analoginstrument 38 angezeigt
werden.
Die einzelnen Baueinheiten 9,31 bis 37 sind über eine
Steckerbaugruppe 39 elektrisch miteinander verbunden.
Hierzu I Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Einrichtung zum Überwachen und Anzeigen des Ladezustandes einer Batterie, bei der die EMK der >
Batterie und damit die. Kapazität durch Vergleich der Klemmenspannung und des Spannungsabfalls an
einem vom Laststrom durchflossenen Shunt ermittelt und zur Anzeige gebracht wird, dadurch
gekennzeichnet, xJaß die Werte der Klem- ι ο
menspannung und des Spannungsabfalls am Shunt (6) mittels Analog/Digital-Wandler (8, 9) in Digitalwerte umgeformt und addiert werden und der
Summenwert mit einem von der Höhe des Laststromes und einem von der Säuretemperatur
abhängigen über je einen Funktionsgenerator (23 bzw. 24) korrigierten digitalen Wert multipliziert
und der Produktwert einem Anzeigegerät (17) zugeführt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 zum Überwachen >o
und Anzeigen des Ladezustandes einer aus mehreren Zellen gebildeten Batterie, dadurch gekennzeichnet,
daß der Analog/Digital-Wandler (8) zum Umwandeln der Klemmenspannung der Batterie
über einen Multiplexer (26) an die einzelnen Zellen >> (3) der Batterie (1) angeschlossen ist.
3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Überwachen und Anzeigen des
Ladezustandes einer aus mehreren Zellen gebildeten Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog/ jo
Digital-Wandler (13) zum Umwandeln des Wertes der Säuretemperatur über einen Multiplexer (29) an
die einzelnen Zellen (3) der Batterie (1) angeschlossen ist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden S3
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Spannungsabfall des Shunts (6) entsprechende
Digitalwert mit einem konstanten Wert (C) multipliziert wird, der dem Verhältnis des Innenwiderstandes
der Batterie (1) zum Widerstand des Shunts (6) to entspricht.
Priority Applications (4)
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ID=6051083
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8235 | Patent refused |